手机软件在物理实验中的运用*

邓 蒙 张 雄 杨为民

(云南师范大学物理与电子信息学院 云南 昆明 650500)

林 灵

(普洱学院理工学院物理系 云南 普洱 665000)



物理实验教学

手机软件在物理实验中的运用*

邓 蒙 张 雄 杨为民

(云南师范大学物理与电子信息学院 云南 昆明 650500)

林 灵

(普洱学院理工学院物理系 云南 普洱 665000)

手机软件在物理实验教学中的运用越来越普遍，运用手机软件辅助教学可以激发学生的学习兴趣，拓展物理实验教学.本文主要介绍了PASCO的sparkVUE手机软件在物理实验教学中的运用，演示了利用sparkVUE手机测量圆周运动中绳子的拉力以及单摆运动的周期.教学实践表明，这种新颖有趣的实验教学方法提高了课堂效率.

手机 sparkVUE软件 物理实验

随着信息技术的发展，教师的教学活动越来越多媒体化，不再局限于讲授、做实验，教师可以利用多媒体从视觉、听觉上直观地描述物理现象，从而为学生们呈现出一个更丰富多彩的物理世界.现在仅借助多媒体也无法满足学生和教师的需要，所以一种新的辅助工具被介绍到我们的教学中，那就是手机软件.本文将为大家介绍sparkVUE软件在物理实验中的运用.

sparkVUE是PASCO公司推出的一款教育类软件，该软件可以安装在iPhone，iPod touch和iPad上.利用该软件，教师可将物理实验教学内容、实时数据进行收集和分析，尤其在物理教学中，我们可以利用该软件分析物体的受力情况，运动的物体的加速度、速度，显示声波，同时还可以对实验数据进行分析和处理.把该软件安装在iPhone手机上，这样我们就可以随时随地利用该软件进行物理实验.本文主要介绍sparkVUE软件在物理实验中的具体运用.

1 研究小球做圆周运动时绳子的张力

sparkVUE可以与70多个传感器相连，利用不同的传感器可以测出不同的物理量，比如温度、力的大小以及声波，在这里主要是利用力传感器和该软件分析物体做圆周运动时绳子所受的拉力，并对垂直于水平面和平行于水平面所做的圆周运动进行对比.教师在授课时会发现学生往往很难理解物体做垂直于平面的圆周运动时，物体所受到的绳子拉力大小的改变，然而利用该软件可以真实地反映出绳子的拉力大小，并且该实验简单易操作，学生可以自己动手做，自己分析解决问题，从而加深学生的理解和记忆.

首先准备1个小球，1根尼龙绳，1个力传感器，1个iPhone手机，蓝牙以及1根玻璃管(直径为2～3 mm,长度为5～6 cm).接着打开手机里的sparkVUE找到“实验”这一栏，按右上角的“+”，将会制造一个实验，将测量设置为“力”，单位为“N”，再设置合理的实验时间.之后将蓝牙与手机相连，再将蓝牙另一端与力传感器连接，传感器的挂钩拴上一根绳子，并且使绳子穿过玻璃管，接着在绳子的另一端系上小球，如图1所示，一只手拿着玻璃管使小球在平行于水平面的方向上运动，首先让小球做速度较慢的圆周运动，接着加快速度，当小球达到匀速圆周运动时，按下手机上的开始键，这样我们就可以看到小球在做匀速圆周运动的同时，手机上也同步显示出绳子所受的拉力大小.从sparkVUE绘制的图表中我们可以知道小球在水平面上做匀速圆周运动时，绳子所受到的拉力是保持不变的.

图1 小球在平行于水平面的方向上做圆周运动

再用同样的方法来测量小球在垂直于水平面的方向上做匀速圆周运动时，绳子所受的拉力.同样把手机、传感器、绳子等物体连接起来，此时一只手也要拿着玻璃管，只不过与上个实验拿的方式不同，如图2所示，这样小球就能在垂直于水平面的方向上做匀速圆周运动.从sparkVUE绘制的图表里可以看到物体在竖直方向上做匀速圆周运动时绳子所受的拉力随时间而改变，并且物体运动到最高点绳子所受的拉力最小，运动到最低点，绳子所受到的拉力最大.

图2 小球在垂直于水平面的方向上做匀速圆周运动

2 利用sparkVUE测量iPhone手机的单摆周期

在单摆实验中，测量单摆周期是通过秒表来实现的，即把物体拉离竖直方向一个小角度，手放开绳子，当物体开始运动时按下秒表，并开始数数，用秒表读出的时间除以单摆次数即可得到单摆周期.这种传统实验方法测量要求学生必须仔细盯着小球，认真数数，一旦数错就要重做实验，然而利用sparkVUE可以很好地解决该问题.iPhone手机内部的加速计和sparkVUE结合起来就可以测量物体在x轴、y轴以及z轴方向上的加速度.在这里利用x轴上的加速度的周期性来找出iPhone手机的单摆周期，首先打开软件，把测量设置为“加速度，y”，单位为“m/s/s”,设置频率为“50 Hz”，实验时间为“60 s”[1].需要注意的是这里的x轴方向是竖直方向.

把手机放在一个手机包里，用一根绳子拴住手机包的左右两边，接着把绳子挂在铁架台上，调整绳子使手机包平行于地面，再拿出手机按下开始键，并且迅速地放在手机包里，把在最低点的手机包拉开一小段距离，使其与竖直方向成一个小角度，然后轻轻地释放，手机包开始做单摆运动，直到60 s后停止运动.在运动的同时单摆周期的数据也被收集在PASCO的光电门定时器模型ME-9215B里[2].

图3 iPhone手机的单摆周期分析

3 手机软件sparkVUE在物理实验中的其他运用

sparkVUE这款软件除了可以在物理实验中对物理量进行测量，同时也可以对已有的实验数据进行分析，这就要利用sparkVUE内置的统计工具,用该工具即可得到多个实验数据的最小值、最大值、平均值、标准偏差等.并且可用图表、柱状图、模拟仪或表格直观地显示数据.当然有的实验时间很短，我们很难观察实验现象和记录实验数据，比如自由落体运动、平抛运动，此时用集成摄像头把实验过程拍摄下来，再利用sparkVUE的图片分析功能即可对实验进行分析.

本文只是大致介绍了sparkVUE在物理实验中的运用，该软件还有许多其他功能可以帮助我们的物理教学.

身为一名教师，我们的知识不要仅局限在课本上，还应该与时俱进，不断地探索，适当地借用一些辅助工具不仅可使课堂变得更有效率，而且更能吸引学生的学习兴趣.当然教师也需熟练地掌握这些辅助工具，这就要求教师“活到老，学到老”,只有通过不断地学习，教师才能提供给学生最新的教学信息.

1 JustinBriggle. Analysis of pendulum period with an iPod touch/iPhone..Physics Education,2013

2 Photogate Timer Model ME-9215B,PASCO scientific 2011 http://store.pasco.com/pascostore/showdetl.cfm?&DID=9&Product_ID=50682&groupID=351&page=Manuals

3 吴月江.用数码相机研究自由落体运动和平抛运动.教学仪器与实验,2008(12):18

4 蔡兆峰.谈谈频闪摄影.初中生世界(八年级物理版),2013(1):51

5 Haber Schaim U, Dodge J H, Gardner R,etal. PSSC Physics.7.Kendall Hunt Pub Co,1991:60

*国家教育部高等学校“专业综合改革试点”项目“物理学专业”资助.

邓蒙(1992- )，女，研究生在读，主要研究方向为学科教学(物理).指导教师：张雄(1956- )，男，教授，主要研究方向为学科教学(物理)和天体物理.

2015-10-13)